Введение к работе
Актуальность работы. В России электрические сети напряжением 6-110 кВ являются наиболее разветвленной структурой современных распределительных сетевых компаний (РСК), обеспечивающих питание промышленных и коммунальных потребителей электроэнергии. Динамичное развитие промышленности и рост городов обусловили ускоренное строительство в 60- и 70-е годы прошлого столетия воздушных линий электропередачи (ВЛ) и подстанций (ПС) данного класса сетей. С целью минимизации капитальных затрат подстанции выполнялись по упрощенным первичным и вторичным схемам, что и явилось причиной их меньшей надежности по сравнению с подстанциями, на которых вместо короткозамыкателей и отделителей применяются высоковольтные выключатели и имеется источник оперативного постоянного тока (аккумуляторная батарея). Меньшая надежность этих подстанций была компенсирована мероприятиями по резервированию отказов отделителей и короткозамыкателей (мероприятие УРОКЗ) за счет применения специальных схем и устройств релейной защиты (РЗ) и автоматики.
Выработка эксплуатационного ресурса оборудования в распределительных электрических сетях 6-110 кВ составляет до 60% и существующими темпами реконструкции не решается проблема повышения их надежности. Одним из путей решения данной актуальной проблемы, не требующей значительных капитальных затрат, является совершенствование релейной защиты и, в частности, резервных защит. Однако распознавание аварийных режимов, особенно защитами дальнего резервирования, затруднено из-за наличия ряда влияющих факторов: сопоставимости токов короткого замыкания за трансформаторами ответвительных ПС с токами нагрузки питающей ВЛ, наличия переходных сопротивлений в месте повреждения, малых уровней напряжений симметричных составляющих на шинах в месте установки защит при удаленных повреждениях, наличия двигательной нагрузки, батарей конденсаторов и т.д.
Актуальность данной проблемы, например, отмечена Департаментом науки и техники РАО «ЕЭС России» (письмо ИП 1-96(э) от 30.09.96 г. «О совершенствовании ближнего и дальнего резервирования работы устройств РЗА распределительных сетей 6-110 кВ»), РСК «Ростовэнерго» (информационное письмо ИП-04-2001 (РЗА) «О предотвращении повреждений трансформаторов при КЗ с обрывом фазы в питающей сети»), семинаром-совещанием технических руководителей и специалистов ОАО «МРСК Юга» (2.09-5.09.08 г. в г. Астрахань), совещанием главных инженеров сетевых предприятий «Тюменьэнерго» в 2008 г. и другими документами.
Эффективными путями повышения чувствительности релейной защиты дальнего резервирования является ее реализация на основе адаптивных измерительных органов аварийных составляющих токов и сопротивлений, расширение информационной базы защиты, сочетание систем ближнего и дальнего резервирования.
Исследования и разработки по данной работе выполнялись в соответствии с программой повышения надежности распределительной электрической сети филиала ОАО «МРСК Юга» – «Ростовэнерго», а также в рамках программы СТАРТ-2007 Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (госконтракт №7247) и соответствует научному направлению ЮРГТУ(НПИ) «Комплексное использование топливно-энергетических ресурсов и повышение надежности, экономичности и безопасности энергетических систем».
Целью работы является построение многопараметрических адаптивных релейных защит с повышенным техническим и информационным совершенством ответвительных и промежуточных подстанций распределительных электрических сетей 6-110 кВ. Указанная цель достигается уточнением влияющих факторов возможных режимов работы и разработкой новых алгоритмов функционирования, обеспечивающих распознавание аварийных и допустимых режимов.
Задачи исследования:
– исследование, анализ и уточнение областей существования нормальных, анормальных и аварийных режимов работы распределительных электрических сетей с ответвительными и промежуточными подстанциями;
– разработка алгоритмов функционирования многопараметрических адаптивных защит дальнего и ближнего резервирования с повышенной селективностью и чувствительностью, обеспечивающих распознавание аварийных и допустимых режимов защищаемого оборудования;
– разработка более совершенных, чем предыдущие версии, многопараметрических микропроцессорных устройств релейной защиты распределительных электрических сетей;
– внедрение в проекты и в эксплуатацию устройств дальнего и ближнего резервирования.
Для решения поставленных задач использованы методы теории электрических цепей, математического анализа, математического моделирования, распознавания образов, натурного эксперимента, схемотехники.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректностью допущений, принимаемых при разработке математических моделей, согласованием результатов, полученных при испытаниях в лабораторных условиях, с результатами математического моделирования, сертификационными испытаниями устройств, реализующих разработанные алгоритмы функционирования.
Научная новизна работы. В диссертации получены новые научные результаты:
-
Разработана методика формирования областей срабатывания измерительных органов, отличающаяся от известных тем, что с целью разделения областей аварийных и допустимых режимов обеспечивается учет влияющих факторов: переходного сопротивления в месте повреждения, пусков электродвигателей, токов нагрузки.
-
Разработана методика коррекции входных сигналов измерительных органов тока аварийных составляющих резервных защит, отличающаяся от известных тем, что с целью повышения их чувствительности и снижения погрешности учитывается шунтирование нагрузки переходным сопротивлением в месте повреждения за счет уточнения параметров защищаемой сети по замерам в предшествующем и аварийном режимах.
-
Выявлены новые для резервных защит информационные признаки аварийных режимов, обусловленные нелинейностью переходного сопротивления в месте повреждения и нестационарностью горения электрической дуги, развивающимся характером повреждения в электроустановках корпусной конструкции на стороне низшего напряжения защищаемых трансформаторов.
-
Разработаны алгоритмы функционирования и структурные схемы многопараметрических адаптивных устройств релейной защиты ближнего и дальнего резервирования защит трансформаторов ответвительных подстанций, отличающиеся тем, что обеспечивают распознавание повреждений за счет контроля параметров информационных признаков предшествующего и аварийного режимов. Предложенные технические решения защищены 4 патентами РФ.
Практическая ценность работы заключается в повышении надежности электроснабжения путем совершенствования релейной защиты дальнего и ближнего резервирования для электрических сетей 6–110 кВ с ответвительными подстанциями, что подтверждается сертификацией и внедрением в проекты и эксплуатацию:
- многопараметрической микропроцессорной защиты КЕДР-07М, реализующей алгоритмы функционирования измерительных органов, контролирующих аварийные и ортогональные составляющие токов с адаптивным торможением и коррекцией сигналов;
- микропроцессорной многоканальной дуговой защиты РДЗ-017, являющейся элементом системы защиты ближнего резервирования и обеспечивающей быстродействующее отключение КЗ, сопровождаемых электрической дугой.
Реализация результатов работы. Разработаны и внедрены устройства многопараметрической релейной защиты дальнего резервирования с адаптивными алгоритмами функционирования. Автор принимал участие в освоении выпуска устройств релейной защиты дальнего резервирования типа КЕДР-07М(V2), дуговой защиты типа РДЗ-017 в «НИИ энергетики» Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) и ООО «НИИ энергетических технологий» (г. Новочеркасск), сертификации и их внедрении в эксплуатацию в распределительных сетевых компаниях филиалов ОАО «МРСК Юга»: «Ростовэнерго», «Астраханьэнерго», «Калмэнерго», в проектных работах филиала ОАО «Южный инженерный центр энергетики – «Южэнергосетьпроект» и ООО «НПП ВНИКО».
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке магистров по направлению «Электроэнергетика и электротехника» в
ЮРГТУ (НПИ).
